土建结构安全性设置水准及设计方法

土建结构安全性设置水准及设计方土建结构安全性设置水准及设计方 法法 0 引言引言 我国结构的系统安全问题十分严重 问题的严重性既体现 在认识上又存在于实际 而对结构的系统安全管理认识不足可 能是更深层次的问题 因此 应认真总结和汲取国内外结构安 全管理方面的经验和教训 逐步改善和提高我国土建结构工程 的系统安全管理水平 多方共建具有中国特色的结构安全管理 体系 1 我国结构设计规范的安全设置水准我国结构设计规范的安全设置水准 对结构工程的设计来说 结构的安全性主要体现在结构构 件承载能力的安全性 结构的整体牢固性与结构的耐久性等几 个方面 我国建筑物和桥梁等土建结构的设计规范在这些方面 的安全设置水准 总体上要比国外同类规范低得多 1 1 构件承载能力的安全设置水准 与结构构件安全水准关 系最大的二个因素是 规范规定结构需要承受多大的荷载 荷载标准值 规范规定的荷载分项系数与材料强度分项 系数的大小 前者是计算确定荷载对结构构件的作用时 将荷 载标准值加以放大的一个系数 后者是计算确定结构构件固有 的承载能力时 将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数 这些用量值表示的系数体现了结构构件在给定标准荷载作用下 的安全度 在安全系数设计方法 如我国的公路桥涵结构设计规 范 中称为安全系数 体现了安全储备的需要 而在可靠度设计 方法 如我国的建筑结构设计规范 中称为分项系数 体现了一定 的名义失效概率或可靠指标 安全系数或分项系数越大 表明 安全度越高 公路桥梁结构的情况也与房屋建筑结构类似 除 车载标准外 荷载分项安全系数 我国规范对车载取 1 4 比国 际著名的美国 aashto 规范的 1 75 约低 25 与材料强度分项 安全系数均规定较低 尽管我国设计规范所设定的安全贮备较 低 但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的 这 里的问题主要在于设计墨守陈规 在结构方案 材料选用 分 析计算 结构构造上缺乏创新 1 2 结构的整体牢固性 除了结构构件要有足够承载能力外 结构物还要有整体牢固性 结构的整体牢固性是结构出现某处 的局部破坏不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力 或者说是 结构不应出现与其原因不相称的破坏后果 结构的整体牢固性 主要依靠结构能有良好的延性和必要的冗余度 用来对付地震 爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果 可以减轻灾害 损失 唐山地震造成的巨大伤亡与当地房屋结构缺乏整体牢固 性有很大关系 1 3 结构的耐久安全性 我国土建结构的设计与施工规范 重点放在各种荷载作用下的结构强度要求 而对环境因素作用 如干湿 冻融等大气侵蚀以及工程周围水 土中有害化学介 质侵蚀 下的耐久性要求则相对考虑较少 混凝土结构因钢筋 锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故 其严重程度已远过于 因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害 所以这个 问题必须引起格外重视 我国规范规定的与耐久性有关的一些 要求 如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土 的最低强度等级 都显著低于国外规范 损害结构承载力的安 全性只是耐久性不足的后果之一 提高结构构件承载能力的安 全设置水准 在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用 寿命 2 调整结构安全设置水准的不同见解调整结构安全设置水准的不同见解 国内近几年来已对建筑结构安全度的设置水准组织过几次 讨论 在如何调整的问题上存在较大的意见分歧 这次科技论 坛上同样反映了这些不同的见解 2 1 认为我国现行规范的安全设置水准是足够的 并已为 长期实践所证明 而国外就没有这种经验 我国取得的这一成 功经验决不能轻易丢掉 在安全度上不能跟着英美的高标准走 安全度高了是浪费 除个别需调整外 总体上不必变动 2 2 认为我国规范的安全度设置水准尽管不高 但在全面 遵守标准规范有关规定 即在正常设计 正常施工和正常使用 的三正常条件下 据此建成的上百亿平米的建筑物绝大多数至 今仍在安全使用 表明这些规范规定的水准仍然适用 但是理 想的三正常很难做到 同时为了缩小与先进国际标准的差距以 及鉴于可持续发展和提高耐久性的需要 在物质供应条件业已 改善的市场经济条件下 结构的安全设置水准应适当提高 这 种提高只能适度 因为我国目前尚属发展中国家 2 3 认为我国规范的安全设置水准应该大体与国际水准接 近 需要大幅度提高 这是由于随着我国经济发展和生活水平 不断提高 土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成 的风险损失后果将愈益严重 而为了提高工程安全程度所需要 的经费投入在整个工程 特别是建筑工程 造价中所占的比重 现在已愈来愈低 材料供应也十分充裕 过去的低安全水准只 是适应了以往短缺型计划经济年代的需要 但决不是没有风险 如果规范的安全水准较高 曾经发生过的有些安全事故本来是 可以避免的 而规范的这一缺陷在一定程度上为三正常的提法 所掩盖 在建的工程要为将来的现代化社会服务 安全性上一 定要有高标准 低的安全质量标准在参与将来的国际竞争中也 难以被承认 即使结构设计的安全设置水准能够提高到与发达 国家一样 由于我们的施工质量总体较差 结构的安全性依然 会有差距 3 结构设计规范的概率可靠度设计方法结构设计规范的概率可靠度设计方法 自 1984 年国家建委和国家建设部颁布了建筑结构设计统一 标准以来 我国的建筑结构设计规范已从 80 年代末期起抛弃了 传统的多安全系数设计方法 从而统一采用以概率理论为基础 的可靠度设计方法 我国规范的可靠度设计方法是参考国际上 的相应标准 iso2394 并经过国内科技人员努力后得以实施的 将可靠度设计方法用于结构设计规范 在国际学术界内通常被 看成是一种发展趋势 但在工程内界则存在不同看法 在我国 对于建筑结构设计规范中的可靠度设计方法以及企图将我国各 个行业的各种结构设计规范都用可靠度方法统一起来的做法 虽然工程设计界颇有微词 但学术界持赞成和肯定者是主流 不过仍不时有人对可靠度方法用于设计规范的适用性提出质疑 这次科技论坛上则较为集中地反映了对规范可靠度方法的意见 分歧 对我国规范的可靠度设计方法持肯定意见的专家认为这是 重大的科技进步 可靠度方法对安全度的概率定义要比定值的 安全系数更清晰 更科学 更合理 当然概率可靠度设计方法 本身尚有不少缺陷 有待进一步修改完善 持相反意见的人则 认为 结构设计规范所面向的是类型多样的复杂群体 在安全 度上需要考虑的不确定性与不确知性非常复杂 并不是从统计 数学观点出发的概率定义所能科学描述或处理 规范可靠度方 法在我国十多年的实践表明 它并没有给结构设计的安全性带 来明显实效 反而造成了安全概念上的某些混乱 对工程技术 人员来说 结构的安全度用可靠指标和虚假的失效概率表达后